Kontaktlinsen, die auf Licht reagieren

Für Brillen gibt es seit 40 Jahren Sonnenbrillen, die sich bei hellem Sonnenlicht automatisch verdunkeln. Die Anpassung dieser Flexibilität an Kontaktlinsen hat sich jedoch als Herausforderung erwiesen. Jetzt haben Forscher in Singapur UV-empfindliche oder photochrome Linsen entwickelt, die sich verdunkeln, wenn sie ultraviolettem Licht ausgesetzt werden, die die Augen vor den schädlichen Strahlen der Sonne schützen und sich ohne UV-Licht wieder normalisieren.





Das Licht sehen: Eine neue Kontaktlinsentechnologie reagiert auf UV-Licht. Die Kontaktlinse links (blau) enthält photochrome Farbstoffe, die die Linse bei UV-Licht verdunkeln. Die Kontaktlinse rechts (klar) enthält keine Farbstoffe.

Der Schlüssel ist ein neuartiges Polymer, das mit einem komplizierten Netzwerk von Tunneln in Nanogröße durchzogen ist, die mit Farbstoffen gefüllt werden können. Erste Studien haben gezeigt, dass die Technologie schneller funktioniert als die lichtempfindlichen Sonnenbrillen, die heute auf dem Markt sind, sagt Jackie Ying, Direktorin des Institut für Bio- und Nanotechnologie (IBN) in Singapur und Entwickler der Linsen. Die Forschung ist Teil eines breiter angelegten Bestrebens von IBN, neue Materialien für Kontaktlinsen zu entwickeln, die Medikamente abgeben und Krankheiten diagnostizieren können.

Herkömmliche lichtempfindliche Sonnenbrillen sind mit Millionen von Molekülen photochromer Farbstoffe beschichtet, die außerhalb der Sonne transparent sind. Diese Moleküle ändern ihre Form, wenn UV-Licht auftrifft, wodurch sie UV-Licht absorbieren und die Verdunkelung der Linse auslösen. Wenn das UV-Licht verschwindet, nehmen die Moleküle ihre ursprüngliche Form und ihr transparentes Aussehen wieder an.



Bisher wurden nur wenige Versuche unternommen, lichtempfindliche Kontaktlinsen zu entwerfen, hauptsächlich weil es schwierig ist, Farbbeschichtungen gleichmäßig auf die empfindliche, weiche Oberfläche einer Kontaktlinse aufzutragen. Ying und ihre Kollegen haben dies umgangen, indem sie eine Kontaktlinse entwickelt haben, die Farbstoffe gleichmäßig in das Material einbettet. Dieser Ansatz ermöglichte es ihnen, mehr Farbstoffmoleküle in das Material zu packen, sagt Ying, was der Kontaktlinse eine höhere Lichtempfindlichkeit und damit eine schnellere Reaktion verleiht.

Die Forscher stellten das schwammartige Nanostrukturmaterial her, indem sie spezifische Kombinationen aus Wasser, einer Öllösung mit üblicherweise in Kontaktlinsen verwendeten Monomeren und einem neuartigen Tensid – einer Verbindung, die das Mischen zwischen Wasser und Öllösungen fördert – mischen. Das resultierende Material ist mit winzigen Poren und Tunneln übersät, die mit Mitteln wie UV-empfindlichen Farbstoffen beladen werden können.

Die poröse Struktur des Linsenmaterials bietet eine flexible Umgebung für Farbstoffe, um sich von dunkel zu hell und wieder zurück zu verwandeln, sagt Edwin Chow, Teamleiter und leitender Forscher am IBN. Wenn das Polymer zu steif ist, bleibt der Farbstoff hängen und kann sich nicht umwandeln, sagt Chow. Diese Porenstruktur und dieses Polymer bieten zufällig die beste Umgebung für die schnelle Reaktion von Farbstoffen.



Die Geschwindigkeitsleistung ist für photochrome Brillen von entscheidender Bedeutung, insbesondere bei der Anpassung von hohen zu niedrigen Lichtstärken. Wenn Ihr Auto plötzlich in einen Tunnel fährt, ist die Lichtmenge sehr schwach, sodass Sie Ihre Linsen sofort zurückverwandeln müssen, sagt Chow. Während dies mit Sonnenbrillen Minuten dauern kann, sagt er, unsere Reaktionszeit beträgt 10 bis 20 Sekunden.

Das Team bereitet sich darauf vor, die photochromen Kontaktlinsen an Tieren zu testen. Die Forscher haben das Linsenmaterial ohne Farbstoffe bereits an Kaninchen getestet und festgestellt, dass es biokompatibel ist. Ying sagt, dass die Hauptsorge bei Tierversuchen darin besteht, zu sehen, ob die Farbstoffe erfolgreich in den Linsen enthalten sind oder ob sie auslaufen.

Darüber hinaus werden die Forscher daran arbeiten, die Farbstoffe so zu fokussieren, dass sie nur die Hornhautregion des Auges bedecken, um das meiste UV-Licht zu blockieren. Die Linsen haben jetzt überall verteilte Farbstoffe und würden die gesamte Iris eines Trägers verdunkeln – ein potenziell beunruhigender Effekt.



Das Institut hat ein Spin-off, iNano Pte Ltd., gegründet, um die Technologie zu kommerzialisieren. Es wird zunächst auf Märkte in Japan und Korea abzielen. Ying schätzt, dass photochrome Kontaktlinsen innerhalb eines Jahres im Handel erhältlich sein werden.

Jan Bergmanson, Direktor des Texas Eye Research and Technology Center in Houston, sagt, dass Sportler am meisten von solchen Kontaktlinsen profitieren könnten. Wenn Sie Tennisspieler sind und viel schwitzen, kann Schweiß auf der Sonnenbrille eine Ablenkung sein, sagt er. Wenn Sie [photochrome] Kontaktlinsen hätten, müssten Sie sich nicht mit diesem Dilemma auseinandersetzen. Dies kann also als sportliches Objektiv einen Markt haben.

Inzwischen erforscht Ying weitere Anwendungen des photochromen Materials, etwa als UV-empfindliche Tönung für Fenster und Windschutzscheiben oder als günstigere Beschichtungsalternative für Sonnenbrillen.



Das Beschichten von Sonnenbrillen mit photochromen Farbstoffen ist ein langwieriger Prozess, bei dem die Brille hunderte Male beschichtet und erhitzt wird, um eine schöne, gleichmäßige Beschichtung zu erhalten, sagt Ying. Stattdessen können wir Gläser einmal mit unserem Material beschichten, und es sollte genauso funktionieren.

verbergen